Z to invisible background estimation for the stop quark search in all-hadronic final states for LHC run-2

Abstract

It is believed that the top squark (the superpartner of the top quark) is the lightest super-symmetric quark with a mass around 1 TeV, an energy range that can be explored with the LHC. Hence, many searches for supersymmetry concentrate their efforts on finding the top squark and processes related to it. Within the different SUSY models, some models predict the stop quark decays into a top quark and a neutralino, the lightest supersymmetric particle (LSP), which is a weakly interacting particle and thus invisible to the detector, only reflected as missing transverse momentum (MET). The problem is that many events are background, i.e., many events produce MET and mimic the signal, therefore an estimation of the different backgrounds is needed. Between the different backgrounds, the Z boson decaying into a pair of neutrinos, commonly known as Z invisible, is one of the biggest backgrounds in many SUSY models. There have been many methods to estimate the Z invisible background using dilep-ton control regions, photon control regions, and W+jets control regions. In recent iterations of the all-hadronic analysis a photon control region is being adopted to increase statistics. The work presented here consists of estimating the Z invisible background using dilepton control regions as a cross-check for the Z invisible background estimation used in the SUSY all-hadronic analysis. The estimation presented here uses Z going to leptons Monte Carlo simulation as Z invisible since both events are kinematically similar. With the dilepton control region, a shape correction factor and a normalization correction factor are calculated and applied to the Z to neutrinos Monte Carlo simulation to obtain a final prediction of the background. The data used in this work was collected by the CMS experiment during 2016, 2017, and 2018 runs (Run-2) for proton-proton collisions at the LHC and with a center-of-mass energy of 13 TeV and an integrated luminosity is 137 inverse femtobarns.

Se cree que el top squark (el compañero supersimétrico del top quark) es el quark supersimétrico más liviano con una masa alrededor de 1 TeV, un rango de energía puede ser estudiado por el LHC. Por lo tanto, muchas búsquedas de supersimetría concentran sus esfuerzos en encontrar el top squark y procesos relacionados. Entre los diferentes modelos SUSY, existen modelos que predicen que el stop quark decae en top quark y en neutralíno, la partícula supersimétrica más liviana, siendo esta una partícula que interactúa débilmente y por lo tanto invisible al detector reflejándose en la data como energía transversal perdida (MET). El problema está en que hay muchos procesos que son ruido de fondo, i.e., hay eventos que producen MET y simulan ser la señal, por lo tanto, una estimación de los diferentes ruidos de fondos es necesario. Entre los diferentes ruidos de fondo, el bosón Z decayendo a par de neutrinos, llamado Z invisible, es uno de los ruidos de fondo más grande en varios modelos de supersimetría. Existen varios métodos para estimar el ruido de fondo Z invisible usando regiones de control bileptónica, regiones de control fotónicas y regiones de control W+jets. En recientes iteraciones del análisis no-leptón (0L) una región de control fotónica es utilizada para mejorar las estadísticas. El trabajo presentado aquí consiste en estimar el ruido de fondo Z invisible usando una región de control leptónica como cotejo para la estimación del ruido de fondo Z invisible usado en el análisis SUSY 0L. La estimación presentada aquí usa eventos Drell-Yan simulados por Monte Carlo como si fueran Z invisible dado que ambos eventos son cinemáticamente similares. Con la región de control leptónica se calculan factores de corrección de forma y un factor de corrección de normalización. Estos factores son aplicados a eventos de simulación Monte Carlo Z a neutrinos para poder obtener una predicción final del ruido de fondo. La data usada en este trabajo fue recolectada por el experimento CMS durante los años 2016, 2017 y 2018 (Run-2) para colisiones protón-protón en el LHC con una energía de centro de masa de 13 TeV y una luminosidad integrada de 137 femtobarns inversos.